阅读说明：本技术 电磁加力式加速度计伺服系统测试装置、补偿系统及方法 (Electromagnetic force application type accelerometer servo system testing device, compensation system and method ) 是由 程关德 刘红光 张子山 张晓雅 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电磁加力式加速度计伺服系统测试装置、补偿系统及方法,属于电子测量技术领域,包括直流电源和加速度计伺服板；加速度计伺服板包括：根据需求产生电磁施矩波的电磁施矩波形发生器；接收所述电磁施矩波形发生器的电磁施矩波和非线性补充网络的补充信号,并将电磁施矩波和补偿信号进行处理的施矩数据合成模块；接收所述施矩数据合成模块的输出信号,并产生需求脉冲信号的PWM发生器；接收所述PWM发生器的脉冲信号,并根据所述脉冲信号生成需求驱动恒流源的精密调宽恒流源；所述加速度计的加速度计力矩器与所述精密调宽恒流源连接。本发明采用电磁加力方法,模拟机械运动的加速度计伺服系统动态性能测量及非线性补偿。(The invention discloses a testing device, a compensating system and a method for an electromagnetic force-adding type accelerometer servo system, which belong to the technical field of electronic measurement and comprise a direct-current power supply and an accelerometer servo board; the accelerometer servo board includes: an electromagnetic moment waveform generator for generating an electromagnetic moment wave according to the requirement; the moment-applying data synthesis module is used for receiving the electromagnetic moment-applying wave of the electromagnetic moment-applying waveform generator and the complementary signal of the nonlinear complementary network and processing the electromagnetic moment-applying wave and the complementary signal; the PWM generator is used for receiving the output signal of the moment exerting data synthesis module and generating a required pulse signal; receiving a pulse signal of the PWM generator, and generating a precision width-adjusting constant current source which needs to drive a constant current source according to the pulse signal; and an accelerometer torquer of the accelerometer is connected with the precision width-adjusting constant current source. The invention adopts an electromagnetic force application method to simulate the dynamic performance measurement and nonlinear compensation of an accelerometer servo system of mechanical motion.)

电磁加力式加速度计伺服系统测试装置、补偿系统及方法

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，特别是涉及一种电磁加力式加速度计伺服系统测试装置、补偿系统及方法。

背景技术

重力仪是测量重力的精密设备，除了对加速度计静态精度和静态稳定性提出很高要求外，对适应随机振动和慢周期升沉运动也提出了很高要求。一般动态性能测量是在振动台和升沉台或摇摆台上进行，并根据测量结果进行重力输出跳变的补偿，代价昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电磁加力式加速度计伺服系统测试装置、补偿系统及方法，其采用电磁加力方法，模拟机械运动的加速度计伺服系统动态性能测量及非线性补偿。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种电磁加力式加速度计伺服系统测试装置，所述加速度计包括加速度计力矩器和差分电容；至少包括直流电源和加速度计伺服板；其中：所述加速度计伺服板包括：

根据需求产生电磁施矩波的电磁施矩波形发生器；

接收所述电磁施矩波形发生器的电磁施矩波和非线性补充网络的补充信号，并将电磁施矩波和补偿信号进行处理的施矩数据合成模块；

接收所述施矩数据合成模块的输出信号，并产生需求脉冲信号的PWM发生器；

接收所述PWM发生器的脉冲信号，并根据所述脉冲信号生成需求驱动恒流源的精密调宽恒流源；

所述加速度计的加速度计力矩器与所述精密调宽恒流源连接。

本发明的第二目的是提供一种电磁加力式加速度计伺服系统的补偿系统，其中：电磁加力式加速度计伺服系统测试装置，所述加速度计包括加速度计力矩器和差分电容；至少包括直流电源和加速度计伺服板；其中：所述加速度计伺服板包括：

根据需求产生电磁施矩波的电磁施矩波形发生器；

接收所述电磁施矩波形发生器的电磁施矩波和非线性补充网络的补充信号，并将电磁施矩波和补偿信号进行处理的施矩数据合成模块；

接收所述施矩数据合成模块的输出信号，并产生需求脉冲信号的PWM发生器；

接收所述PWM发生器的脉冲信号，并根据所述脉冲信号生成需求驱动恒流源的精密调宽恒流源；

所述加速度计的加速度计力矩器与所述精密调宽恒流源连接；

所述补偿系统至少包括：

接收所述差分电容输出信号、并对信号进行放大的电容检测放大器；

接收所述电容检测放大器的输出信号，并对信号进行校正的控制校正网络；

接收所述控制校正网络的输出信号，并对信号进行模数转换的模数转换器；

接收所述模数转换器的数字信号，并对数字信号进行处理的数据处理模块；

所述施矩数据合成模块接收所述数据处理模块的输出信号，并将数据处理模块的输出信号、电磁施矩波和补偿信号进行处理。

进一步，至少还包括：

接收所述控制校正网络输出信号的示波器。

进一步，至少还包括：

所述数据处理模块通过CAN盒与加速度计测试系统进行数据交互。

进一步，所述电磁施矩波形发生器产生幅度为±0.1g、扫频频率为0.1Hz到100Hz不同频率的加速度正弦波。

本发明的第三目的是提供一种电磁加力式加速度计伺服系统的补偿系统的方法，包括如下步骤：

S1、向施矩数据合成模块加入电磁施矩波形发生器的输出信号；根据重力仪系统动态频率的要求，所述电磁施矩波形发生器产生符合要求的加速度正弦波形；

S2、通过数据合成控制PWM波形发生器脉冲宽度，使加速度计摆片产生正弦运动；

S3、模数转换器的输出经过数据处理模块后，获得重力加速度输出信息；所述重力加速度输出信息通过CAN盒与测试计算机相连接，测试计算机以图形方式输出加速度信息；所述测试计算机安装有加速度计测试系统；

S4、根据重力仪系统实际工作环境，电磁施矩波形发生器产生0.1s～10s周期、幅度为±0.1g的加速度波形；在测试计算机上测得不同频率下重力信息输出与静态时重力信息输出之间的非线性整流误差；

S5、根据测得的非线性整流误差，通过数据建模、仿真获得非线性补偿的修正数据，将修正数据通过非线性补偿网络与A/D采样数据进行合成，驱动PWM脉冲宽度，从而使系统重力信息输出降低非线性整流误差。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明克服了实验的局限性，在实验室静态环境下，在加速度计闭环工作时，配合底层控制软件和加速度计测试系统，可以适时观测0.1Hz～100Hz不同振动频率下加速度计重力信息的输出，同时可以得到加速度计伺服线路的闭环带宽、阶跃响应等参数，并根据重力信息输出的非线性结果，通过补偿环节对闭环系统的非线性进行有效补偿。

附图说明：

图1是本发明优选实施例的电路框图；

图2是本发明优选实施例中加速度伺服板及非线性补偿网络之间的电路框图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图2，一种电磁加力式加速度计伺服系统测试装置，所述加速度计包括加速度计力矩器和差分电容；包括直流电源和加速度计伺服板；其中：所述加速度计伺服板包括：

根据需求产生电磁施矩波的电磁施矩波形发生器；作为优选：所述电磁施矩波形发生器产生幅度为±0.1g、扫频频率为0.1Hz到100Hz不同频率的加速度正弦波。

接收所述电磁施矩波形发生器的电磁施矩波和非线性补充网络的补充信号，并将电磁施矩波和补偿信号进行处理的施矩数据合成模块；施矩数据合成模块为本发明独创技术，也是本发明“电磁施矩”技术软件数据处理模块，根据不同的施矩要求，软件模块产生不同的频率、不同的幅度加速度数字信号，与A/D转换器采样到的重力数据输出进行数字合成，改变PWM发生器的脉冲宽度，并通过精密恒流源控制加速度计力矩器流过的电流，使加速度计摆片产生所需的动态运动。

接收所述施矩数据合成模块的输出信号，并产生需求脉冲信号的PWM发生器；

接收所述PWM发生器的脉冲信号，并根据所述脉冲信号生成需求驱动恒流源的精密调宽恒流源；

所述加速度计的加速度计力矩器与所述精密调宽恒流源连接。

在上述优选实施例的基础上，一种电磁加力式加速度计伺服系统的补偿系统，其中：电磁加力式加速度计伺服系统测试装置，所述加速度计包括加速度计力矩器和差分电容；至少包括直流电源和加速度计伺服板；其中：所述加速度计伺服板包括：

根据需求产生电磁施矩波的电磁施矩波形发生器；

接收所述电磁施矩波形发生器的电磁施矩波和非线性补充网络的补充信号，并将电磁施矩波和补偿信号进行处理的施矩数据合成模块；

接收所述施矩数据合成模块的输出信号，并产生需求脉冲信号的PWM发生器；

接收所述PWM发生器的脉冲信号，并根据所述脉冲信号生成需求驱动恒流源的精密调宽恒流源；

所述加速度计的加速度计力矩器与所述精密调宽恒流源连接；

所述补偿系统包括：

接收所述差分电容输出信号、并对信号进行放大的电容检测放大器；

接收所述电容检测放大器的输出信号，并对信号进行校正的控制校正网络；

接收所述控制校正网络的输出信号，并对信号进行模数转换的模数转换器；

接收所述模数转换器的数字信号，并对数字信号进行处理的数据处理模块；

所述施矩数据合成模块接收所述数据处理模块的输出信号，并将数据处理模块的输出信号、电磁施矩波和补偿信号进行处理。

作为优选，还包括：

接收所述控制校正网络输出信号的示波器。

还包括：

所述数据处理模块通过CAN盒与加速度计测试系统进行数据交互。

本发明的第三目的是提供一种电磁加力式加速度计伺服系统的补偿系统的方法，包括如下步骤：

首先伺服系统不加入“非线性补偿网络”环节，仅加入“电磁施矩波形发生器”环节，根据重力仪系统动态频率要求，电磁施矩波形发生器产生符合要求的不同频率、不同幅度的加速度正弦波形，通过数据合成控制PWM波形发生器脉冲宽度，使加速度计摆片产生正弦运动，如图2所示，A/D转换器的输出经过“数据处理模块”即可结算出重力加速度输出信息。此信息通过USBCAN和与测试计算机相连接，测试计算机利用加速度计测试软件以图形方式输出加速度信息。

根据重力仪系统实际工作环境，电磁施矩波形发生器产生0.1s～10s周期、幅度为±0.1g的加速度波形。由于加速度计及伺服电路均存在非线性误差，因此在测试电脑上可以方便测得不同频率下重力信息输出与静态时重力信息输出之间非线性整流误差。

根据测得的非线性整流误差，如图2所示，通过数据建模、仿真可以得到非线性补偿的修正数据，将修正数据通过非线性补偿网络与A/D采样数据进行合成，驱动PWM脉冲宽度，从而使系统重力信息输出有效降低非线性整流误差。

不加电磁力

→0.1Hz→0.125Hz→0.16Hz→0.25Hz→0.5Hz→1Hz→10Hz→20Hz→30Hz→40Hz→50Hz→60Hz→70Hz→80Hz→90Hz→100Hz→不加电磁力→0.1Hz→…

上述优选实施例的硬件需求为：直流电源一台，提供加速度计伺服线路板所需直流电源，加速度计伺服线路板一块，加速度计一只，CAN接收盒一个，PC机一台。如图1进行连接。

在控制程序中加入“电磁施矩波形发生器”环节，产生幅度为±0.1g、扫频频率为0.1Hz到100Hz不同频率的加速度正弦波软件，通过加速度计伺服线路板上的精密调宽恒流源来对加速度计力矩器施加电磁力矩，从而使加速度计摆片可以进行不同频率下的运动。

计算机机中加载又加速度计测试系统，通过测试系统测试重力信息，计算机与加速度计伺服板之间的通信采用CAN2.0通信协议，通过USBCAN盒连接，通信波特率为1MBytes/s。

接通电源，整套测量装置开始工作，线路板上工作指示灯闪亮，计算机测试软件接收数据并以图形显示重力信息。重力信息包含不带滤波的波形和带不同尺度滤波的波形，动态波形和重力信息一目了然。软件设计每半小时自动切换频率，重复执行。测量得到的频率特性反馈给非线性补偿环节对动态非线性误差进行有效补偿。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。